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超算排名之中的地区和架构之争

全国各地超算中心的建设如火如荼,大到直辖市、小到地级市,以及各个科研院校都在摩拳擦掌,跃跃欲试。回看2017年超算500强的排名和分布情况,我们能够发现一些很有意思的情况,从中我们可以一窥超算的国家地区之争和系统架构之争。

国家之争

我们国家的特点是能够集中力量办大事,尤其是这几年国家和集体的腰包鼓了起来,资金更不是问题。如果仅仅和钱有关,中国往往能在短时间内举国家之力搞定。在超算领域,美国超级计算机的建设方研发的目的都是自用,一般来说是计算需求驱动,有了需求再建设。在中国先进行建设,尽力提高建能,然后再尝试满足更高的计算需求。现在有了资金的保证,超算的建设速度是美帝无法披靡的。

体现在2017年11月TOP500排行榜上,神威太湖之光和天河二号再度蝉联头两位。

子1993年6月以来,由美国与德国超算专家联合编制的TOP500最强计算机系统列表(参考资料1),已经发布了数十期。该列表在高性能计算专家、计算科学家、制造商和互联网社群的帮助下每年更新2次。TOP500列表是按照LinPack性能基准进行排名,主要目标是提供一个通用高端应用的系统排名,任何为专用用途设计的系统将不被列入TOP500列表中。

而在数量上中国也再一次超过美国。上一次超过美国实在2016年6月,以168对165的微弱优势领先,在连续落后两个后,去年以202比143的悬殊数字大幅领先,相信今后会继续遥遥领先,毕竟现在国家集体有的是钱。

如果我们从2000年到现在的数量变化来看,中国从0开始,几经起伏,现在在全球超算份额已经超过40%,而美国只有28.6%:

如果我们单独把美国、中国和日本摘出来看,趋势可能更加清楚:

中国从2016年开始增长势头十分强劲。这也许是受到当年天河二号联系蝉联第一的带动。

系统构成

如果我们来看一下主流超级计算机的核心构成,我们会发现一些有趣的规律。

CPU

Intel的至强几乎一统天下,加起来超过92%,而 Power, SPARC等等加起来份额很小。

加速卡

这里几乎是Nvidia的天下:

Navida的份额超过81%,至强Phi和PEZY-SC2(后面会提)加起来只有15%左右。

操作系统

这里已经完全是Linux的天下了:

以前还有的Windows、Unix和BSD已经完全不见了踪影:

Linux的势力范围:

这里53.4%的Linux是指定制的Linux,不是发行版。

新趋势

从上面看起来,超算未来的未来似乎是至强+Nvida的天下了,难怪英威达的股价这么高。实际上第一名神威太湖一号,使用是SW26010,中国子研的基于DEC Alpha 64微架构。除此之外,日本的“PEZY Computing”公司也大放异彩,我们需要特别关注。

如果我们从另外一个角度来衡量超算,即现在提到很多的每瓦性能(GFloat/watts)来看,结果会很不一样。每瓦性能高则能效比越好,经济性越好。Top500还发布另外一个榜单:Green500(参考资料2)。Green500 榜单也是每年发布2次,根据所获性能与所耗功率的比值,评选出最节能的超级计算机系统。

从2017年的Green500榜单来看,“神威-太湖之光”以能效使用率6.051 GFloat/watts排在20位。“天河二号”排在第137位。最靠前的中国超算是曙光的“ Era-AI ”,排名15。

日本的“PEZY Computing”独占鳌头,不仅包揽了前三名的位置,还获得了一个第五名。这些系统的核心部分都采用PEZY-SC2 来做加速,PEZY-SC2 采用了 MIPS P6600的内核。前两名PEZY-SC2都搭配较低功耗的至强-D来做调度管理。PEZY的发明人Motoaki Saito博士还希望将来能够进一步淘汰至强-D,纯用MIPS来搭建超算计算机。

MIPS在嵌入式领域被ARM冲击的溃不成军的时候,反倒在超算领域异军突起,真是令人意外。日本人自知在堆资源上渐渐落后以来,在能效比上另辟蹊径,精耕细作,也符合他们一贯的特点。

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参考资料

[1]: Home | TOP500 Supercomputer Sites

[2]: Green500 List - November 2017

[3]: The 2,048-core PEZY-SC2 sets a Green500 record